Forskere løfter sløret for en ny digital tvilling til præcis realtidsanalyse af produktion af kompositmaterialer

Forskere fra IMDEA Materials Institute og det tekniske universitet i Madrid (UPM) har udviklet en innovativ digital tvilling, der muliggør realtidsanalyse af fremstilling af kompositmaterialer.

Gennembruddet blev præsenteret i The International Journal of Advanced Manufacturing Technology i en artikel med titlen En digital tvilling til intelligent fremstilling af strukturelle kompositter via flydende støbning.

Publikationen er udført af IMDEA Materials-forskere, prof. Carlos González og Dr. Joaquín Fernández-León og Keayvan Keramati sammen med Dr. Luis Baumela (UPM).

I papiret præsenterer forfatterne en digital tvilling til at analysere fremstillingsprocessen af ​​strukturelle kompositmaterialer ved hjælp af resin transfer molding (RTM).

"Så vidt jeg forstår, er dette den første digitale tvilling designet til at analysere fremstillingsprocessen af ​​et kompositmateriale," sagde medforfatter Prof. González, leder af Structural Composites-forskningsgruppen hos IMDEA Materials.

En digital tvilling er en virtuel model eller repræsentation af et objekt, en komponent eller et system, der kan opdateres gennem realtidsdata via sensorer, enten i selve objektet eller inkorporeret i fremstillingsprocessen.

For eksempel kan en flykomponent eller turbine være udstyret med forskellige sensorer designet til at overvåge nøgleområder med funktionalitet.

Dataene opnået af disse sensorer er direkte inkorporeret i den virtuelle model, som derefter kan køre simuleringer baseret på den modtagne information for at identificere potentielle materialefejl eller ydeevneproblemer.

Det, der dog adskiller den nydesignede digitale tvilling fra lignende applikationer, er dens unikke fokus på selve kompositmaterialefremstillingsprocessen, snarere end at være begrænset til efterproduktionsanalyse af fremstillede dele.

Denne proaktive evne tillader optimeringer i realtid og tidlig fejldetektion, hvilket markerer en betydelig udvikling inden for simuleringsassisteret digital fremstilling.

"I denne publikation er det, vi har demonstreret, en digital tvilling, der kan give producenten et realtidsbillede af materialet gennem hele fremstillingsprocessen," forklarer prof. González.

"Dette gør det muligt at overvåge, hvordan formen fyldes, niveauet af porøsitet i materialet, om der er huller til stede osv."

RTM repræsenterer en avanceret teknik inden for flydende kompositstøbning (LCM), kendetegnet ved dens evne til at producere højtydende kompositmaterialedele med reduceret hulrumsindhold omkostningseffektivt.

Ved at integrere RTM med digitale tvillingteknologier lettes overvågning i realtid og dynamiske justeringer af kritiske procesparametre, såsom injektionstryk og hærdetid, hvilket væsentligt forbedrer både slutproduktets kvalitet og produktionseffektiviteten.

"Det næste trin involverer udviklingen af ​​en avanceret digital tvilling, der gør det muligt for operatører ikke kun at overvåge produktionsprocessen i detaljer, men også at gribe direkte ind i den ved at anvende realtidsjusteringer baseret på prædiktiv modellering," sagde Dr. Fernández-León .

"Dette kunne for eksempel omfatte automatisk ændring af harpiksindsprøjtningstryk eller formtemperatur for at forhindre dannelse af defekter, baseret på den forudsigende analyse af den digitale tvilling, hvilket baner vejen for yderst optimeret intelligent fremstilling."

Flere oplysninger: Joaquín Fernández-León et al., En digital tvilling til smart fremstilling af strukturelle kompositter ved flydende støbning, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology (2024). DOI:10.1007/s00170-023-12637-x

Leveret af IMDEA Materials